دنده اتوماتیک و انواع آن

جعبه دنده اتوماتیک یا گیربکس اتوماتیک یکی از مهم‌ترین نوآوری‌ها در راحتی رانندگی است که در خودروهای مدل بالاتر با فناوری های مدرن تر معمولا مورد استفاده قرار می گیرد.
در ادامه، عملکرد، ویژگی‌ها و انواع گیربکس اتوماتیک را با جزئیات کامل توضیح مورد بررسی قرار می دهیم. با مجله اینترنتی خودروآموز همراه باشید.

اجزای کلیدی دنده اتوماتیک

مبدل گشتاور ( Torque Converter )

مبدل گشتاور ( یا تورک کانورتر ) قطعه‌ای کلیدی در خودروهای دارای گیربکس اتوماتیک است که وظیفه اصلی آن انتقال قدرت از موتور به گیربکس بدون نیاز به کلاچ است.
در واقع، تورک کانورتر همان کاری را می‌کند که کلاچ در خودروهای دنده دستی انجام می‌دهد، ولی به شکل خودکار، نرم و مایع‌محور این کار انجام می شود.

ساختار تورک کانورتر

مبدل گشتاور شامل سه جزء اصلی درون یک پوسته بسته پر از روغن گیربکس ( ATF ) است:

پمپ ( Impeller ): به میل‌لنگ موتور متصل است. با چرخش خود، روغن را با فشار بالا به داخل می‌فرستد.
توربین ( turbine ): به شافت ورودی گیربکس وصل است. نیروی روغن پرفشار را دریافت می‌کند و شروع به چرخیدن می‌کند.
استاتور ( stator ): بین پمپ و توربین قرار دارد. جریان روغن را هدایت می‌کند تا گشتاور را افزایش دهد و بازده را بالا ببرد.

نحوه عملکرد

در حالت ایستاده ( مثلاً پشت چراغ قرمز ): موتور در حال کار است، پمپ روغن را می‌چرخاند. اما چون ترمز گرفته شده و توربین نمی‌چرخد، انتقال نیرو انجام نمی‌شود و خودرو به جلو نمی پرد.

زمانی که گاز می‌دهید: پمپ با سرعت بالا می‌چرخد، روغن را با فشار زیاد به توربین می‌فرستد. توربین شروع به چرخیدن می‌کند و در نتیجه قدرت به گیربکس منتقل می‌شود.

افزایش گشتاور

در دورهای پایین موتور، استاتور باعث افزایش گشتاور تا ۲ برابر می‌شود: کمک به شتاب‌گیری نرم خودرو.
در سرعت بالا: تورک کانورتر قفل می‌شود ( Lock-Up Clutch ): ارتباط مستقیم و صرفه‌جویی در مصرف سوخت.

مزایای تورک کانورتر

• تعویض نرم دنده‌ها
• عدم نیاز به کلاچ‌گیری توسط راننده
• افزایش گشتاور در شتاب‌گیری
• عملکرد پایدار در ترافیک و توقف‌های مکرر

معایب احتمالی

• اتلاف انرژی به دلیل اصطکاک روغن ( در حالت عادی )
• قیمت بالا در تعمیرات
• در صورت خرابی: تأخیر در حرکت، لرزش، یا افزایش مصرف سوخت

سیستم هیدرولیک یا الکترونیکی

در گیربکس‌های اتوماتیک خودرو، سیستم‌های هیدرولیک و الکترونیکی هر دو نقش مهمی ایفا می‌کنند، اما در نسل‌های مختلف گیربکس، میزان وابستگی به هر کدام متفاوت است. در ادامه، به تفکیک توضیح می‌دهم:

۱. سیستم هیدرولیک در گیربکس اتومات

در گیربکس‌های اتوماتیک کلاسیک ( تورک کانورتری )، کنترل تعویض دنده‌ها با فشار روغن هیدرولیک انجام می‌شود.

نحوه عملکرد: یک پمپ روغن داخلی، فشار روغن را تولید می‌کند. شیرهای هیدرولیکی ( Valve Body ) مسیر جریان روغن را به سمت کلاچ‌ها و باندهای مختلف هدایت می‌کنند. این روغن باعث درگیر شدن یا آزاد شدن دنده‌ها می‌شود.

مزایا: دوام بالا و طراحی ساده‌تر برای مدل‌های قدیمی
معایب: تأخیر در تعویض دنده ، مصرف انرژی بالا و تنظیمات مکانیکی سخت‌تر

۲. سیستم الکترونیکی در گیربکس اتومات

در گیربکس‌ های اتوماتیک مدرن ( از اوایل دهه ۲۰۰۰ به بعد )، سیستم کنترل الکترونیکی گیربکس یا کامپیوتر گیربکس ( TCU – Transmission Control Unit ) به کار گرفته می‌شود.

نحوه عملکرد:

سنسورها ( مانند سرعت، موقعیت پدال گاز، دمای روغن ) داده جمع می‌کنند. TCU این داده‌ها را پردازش کرده و فرمان تعویض دنده را صادر می‌کند. فرمان‌ها به سولنوئیدهای برقی می‌رسند تا شیرهای هیدرولیکی را کنترل کنند.
به بیان ساده: تعویض دنده همچنان با فشار روغن انجام می‌شود، اما فرمان‌دهی به صورت الکترونیکی انجام می‌شود.

مزایا:

• تعویض نرم‌تر و هوشمند
• کاهش مصرف سوخت
• امکان کنترل از طریق ECU موتور ( در گیربکس‌های Tiptronic، CVT، DCT و … )

معایب:

• حساس به نوسانات برق و خرابی قطعات الکترونیکی
• تعمیرات پیچیده‌تر

بنابراین در گیربکس‌های اتومات قدیمی، همه‌چیز با هیدرولیک کار می‌کرد. اما در گیربکس‌های مدرن، یک ترکیب از هیدرولیک و الکترونیک وجود دارد:

• روغن همچنان نیروی تعویض را تأمین می‌کند ( هیدرولیک )
• ولی زمان و نحوه تعویض را واحد کنترل الکترونیکی TCU تعیین می‌کند ( الکترونیک )

چرخ‌دنده‌ های سیاره ای

چرخ‌دنده‌های سیاره ای ( Planetary Gears ) قلب گیربکس‌های اتوماتیک سنتی هستند. این سیستم پیچیده اما هوشمند، وظیفه تغییر نسبت دنده‌ها را بدون نیاز به قطع ارتباط موتور و چرخ‌ها انجام می‌دهد.

ساختار چرخ‌دنده سیاره ای

سیستم چرخ‌دنده سیاره ای از ۳ بخش اصلی تشکیل شده است:

• دنده خورشیدی ( Sun Gear ): در مرکز سیستم قرار دارد.
• دنده‌های سیاره‌ای ( Planet Gears ): به دور دنده خورشیدی می‌چرخند و روی حامل سیاره‌ای ( Planet Carrier ) نصب شده‌اند.
• دنده رینگی ( Ring Gear ): یک دنده داخلی بزرگ که اطراف دنده‌های سیاره‌ای قرار دارد.

نحوه عملکرد در گیربکس اتوماتیک

در گیربکس اتومات، با قفل شدن یکی از این اجزا و چرخش دیگری، نسبت‌های دنده مختلف ایجاد می‌شود:

به عبارت ساده، با قفل یا آزاد شدن اجزای مختلف با کلاچ‌ها و باندها، گیربکس می‌تواند دنده را بدون دخالت راننده تغییر دهد.

مزایای سیستم چرخ‌دنده‌های سیاره ای

• تغییر دنده بدون قطع نیرو ( نرم و پیوسته )
• امکان ایجاد دنده‌های مختلف با یک مجموعه کوچک
• مناسب برای طراحی جمع‌وجور گیربکس اتومات

در چه نوع گیربکس‌هایی استفاده می‌شود؟

• گیربکس‌های اتومات کلاسیک با مبدل گشتاور ( تورک کانورتر )
• برخی از گیربکس‌های هیبریدی یا الکتریکی
• گیربکس‌های دوکلاچه پیشرفته ( در موارد خاص )

نحوه عملکرد گیربکس اتوماتیک

نحوه عملکرد گیربکس اتوماتیک به‌گونه‌ای طراحی شده که بدون دخالت راننده، به‌طور خودکار دنده‌ها را بسته به شرایط رانندگی تعویض می‌کند. این فرآیند با استفاده از مجموعه‌ای از اجزا انجام می‌شود که در ادامه توضیح می‌دهیم:

مراحل عملکرد گیربکس اتوماتیک

انتقال قدرت از موتور به گیربکس ( از طریق تورک کانورتر ): در گیربکس اتوماتیک، تورک کانورتر جای کلاچ را گرفته است. مبدل گشتاور یا تورک کانورتر مانند یک همزن روغن، قدرت موتور را با استفاده از مایع هیدرولیک به گیربکس منتقل می‌کند.
وقتی پدال گاز را فشار می‌دهید، مایع هیدرولیک داخل تورک کانورتر فشار بیشتری تولید می‌کند و انتقال قدرت افزایش می‌یابد.

تعیین زمان تعویض دنده‌ها: واحد کنترل الکترونیکی گیربکس ( TCU یا ECU ) با استفاده از سنسورهایی مانند: سرعت خودرو، دور موتور، وضعیت پدال گاز و دمای موتور تصمیم می‌گیرد که چه زمانی دنده تعویض شود.

تعویض دنده‌ها از طریق چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای ( Planetary Gear Set ): گیربکس اتوماتیک از مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌های خورشیدی، سیاره‌ای و حلقه‌ای استفاده می‌کند.
بسته به اینکه کدام دنده درگیر یا آزاد باشد، نسبت دنده تغییر می‌کند (افزایش یا کاهش سرعت/قدرت ).

کنترل با سیستم هیدرولیک یا الکترونیکی: روغن گیربکس تحت فشار ( ATF ) از طریق سوپاپ‌ها و شیرهای الکترونیکی، اجزای مختلف را فعال یا غیرفعال می‌کند تا دنده تعویض شود.

بازگشت به دنده پایین در کاهش سرعت ( Downshifting ): وقتی سرعت خودرو کاهش پیدا می‌کند یا پدال گاز را رها می‌کنید، گیربکس به‌طور خودکار به دنده‌های پایین‌تر می‌رود تا گشتاور مناسب حفظ شود.

خلاصه عملکرد: وقتی خودرو حرکت می‌کند، گیربکس اتوماتیک با دریافت اطلاعات از سنسورها، دنده مناسب را انتخاب کرده و بدون دخالت راننده، با استفاده از تورک کانورتر و چرخ‌دنده‌های داخلی، قدرت را به چرخ‌ها منتقل می‌کند.

ویژگی‌های گیربکس اتوماتیک

• رانندگی آسان‌تر: بدون نیاز به تعویض دستی دنده
• راحتی در ترافیک: توقف و حرکت‌های متوالی راحت‌تر
• تعویض نرم دنده: بدون ضربه یا لرزش
• مصرف سوخت بیشتر ( در برخی مدل‌ها قدیمی ): اما مدل‌های جدید بسیار بهینه شده‌اند
• هزینه تعمیر بالاتر: ساختار پیچیده‌تری دارد نسبت به دنده دستی

انواع گیربکس اتوماتیک

۱. گیربکس اتوماتیک کلاسیک ( AT )

گیربکس اتوماتیک کلاسیک یا Automatic Transmission ( AT ) نوعی سیستم انتقال قدرت است که بدون نیاز به دخالت راننده در تعویض دنده‌ها، این کار را به‌صورت خودکار و با توجه به سرعت خودرو، دور موتور، و فشار پدال گاز انجام می‌دهد.

اجزای اصلی گیربکس اتومات کلاسیک

تورک کانورتر ( Torque Converter ): جایگزین کلاچ دستی؛ انتقال نیرو بین موتور و گیربکس به‌صورت هیدرولیکی.
چرخ‌دنده‌های سیاره ای ( Planetary Gears ): سیستم تعویض دنده با ترکیب چرخ‌دنده‌های خورشیدی، سیاره‌ای و رینگی.
کلاچ‌ها و باندها ( Clutches and Bands ): برای قفل‌کردن اجزای مختلف چرخ‌دنده و تغییر نسبت انتقال.
پمپ روغن هیدرولیک: تأمین فشار روغن برای تعویض دنده‌ها و خنک‌سازی.
بدنه شیر ( Valve Body ): کنترل مسیرهای روغن برای فرمان‌دهی به تعویض دنده‌ها.
واحد کنترل الکترونیکی ( در مدل‌های جدیدتر ): برای تنظیم زمان تعویض دنده با سنسورها و الگوریتم‌ها.

نحوه عملکرد

1. موتور نیروی چرخشی تولید می‌کند.
2. تورک کانورتر این نیرو را به گیربکس منتقل می‌کند.
3. بسته به وضعیت رانندگی، چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای با استفاده از روغن هیدرولیک و کلاچ‌ها، دنده مناسب را انتخاب می‌کنند.
4. راننده فقط گاز و ترمز را کنترل می‌کند، تعویض دنده‌ها خودکار انجام می‌شود.

مزایا:
رانندگی راحت‌تر، مخصوصاً در ترافیک
کاهش احتمال خاموش شدن خودرو
حفاظت بهتر از قطعات در صورت رانندگی صحیح

معایب:
مصرف سوخت بالاتر نسبت به دنده دستی ( در مدل‌های قدیمی‌تر )
تعمیرات پیچیده‌تر و گران‌تر
واکنش کندتر در برخی شرایط ( مانند سبقت ناگهانی )

چه خودروهایی از گیربکس اتومات کلاسیک استفاده می‌کنند؟

• بسیاری از خودروهای شهری و خانوادگی
• خودروهای آمریکایی و ژاپنی قدیمی
• برخی از مدل‌های پژو اتومات، هیوندای، تویوتا، نیسان و …

۲. گیربکس CVT ( Continuously Variable Transmission )

گیربکس CVT یا Continuously Variable Transmission نوعی جعبه‌دنده اتوماتیک هوشمند است که برخلاف گیربکس‌های سنتی، دنده‌های ثابت ندارد. به جای آن، با استفاده از پولی‌ها و تسمه متحرک، به‌صورت پیوسته و نرم نسبت انتقال قدرت را تغییر می‌دهد.

اجزای اصلی گیربکس CVT

دو پولی مخروطی ( Pulleys ): یکی به موتور متصل است ( پولی محرک ) و دیگری به چرخ‌ها ( پولی متحرک ). این پولی‌ها قابل تنظیم‌اند و با تغییر فاصله سطح مخروطی، قطر مؤثر آن‌ها تغییر می‌کند.

تسمه فلزی یا لاستیکی مقاوم ( Belt ): بین دو پولی قرار دارد و با جابه‌جایی سطح پولی‌ها، نسبت انتقال قدرت را تنظیم می‌کند.

واحد کنترل الکترونیکی گیربکس ( TCU ): با توجه به دور موتور، سرعت، وضعیت پدال گاز، وضعیت رانندگی و …، پولی‌ها را تنظیم می‌کند.

نحوه عملکرد CVT

در گیربکس CVT، نسبت دنده‌ها به‌صورت بی‌وقفه و پیوسته بین حداقل و حداکثر قابل تنظیم است. یعنی هنگام شتاب‌گیری، به جای پرش از دنده ۱ به ۲ و ۳، سیستم به‌آرامی دنده را تغییر می‌دهد.
دور موتور ثابت می‌ماند، ولی سرعت افزایش می‌یابد ( همانند اسکوترها یا برخی موتورسیکلت‌ها ).

مزایا:
شتاب‌گیری نرم و بدون شوک
مصرف سوخت پایین‌تر ( بهینه‌سازی نسبت دنده با شرایط رانندگی )
قطعات کمتر، در نتیجه سبک‌تر
تجربه رانندگی راحت و بی‌صدا

معایب:
احساس مصنوعی در رانندگی ( به‌خصوص برای رانندگان اهل هیجان )
هزینه تعمیر بالا در صورت خرابی
حساس به فشار زیاد ( در سربالایی‌های طولانی یا بار سنگین ممکن است عملکرد ضعیف شود )

در چه خودروهایی استفاده می‌شود؟

خودروهای اقتصادی شهری: مانند تویوتا کرولا، نیسان آلتیما، میتسوبیشی لنسر
خودروهای هیبریدی: تویوتا پریوس، لکسوس CT200h
برخی خودروهای چینی یا اروپایی شهری جدید

۳. گیربکس دوکلاچه ( DCT یا DSG )

گیربکس دوکلاچه یا DCT ( Dual Clutch Transmission ) که در برخی برندها مانند فولکس‌واگن با نام DSG ( Direct Shift Gearbox ) شناخته می‌شود، ترکیبی از عملکرد روان گیربکس اتوماتیک با سرعت و دقت گیربکس دستی است.

نحوه عملکرد گیربکس DCT

در این سیستم، دو کلاچ مجزا وجود دارد:

کلاچ اول: برای دنده‌های فرد (۱، ۳، ۵، ۷)
کلاچ دوم: برای دنده‌های زوج (۲، ۴، ۶ و دنده عقب (R) )

هنگامی که یکی از دنده‌ها فعال است، دنده بعدی به‌صورت پیش‌فرض و آماده درگیر شده و فقط با تعویض سریع بین کلاچ‌ها، خودرو به دنده بعدی می‌رود. این تعویض معمولاً در چند صدم ثانیه انجام می‌شود.

مزایا:
تعویض دنده فوق‌العاده سریع و بدون شوک
بازدهی بالای مصرف سوخت
شتاب‌گیری دقیق و سریع
لذت رانندگی شبیه گیربکس دستی، با راحتی اتوماتیک

معایب:
گرمای زیاد در ترافیک ( در نوع خشک )
هزینه تعمیر و نگهداری بالا
نیاز به روغن مخصوص و سرویس دقیق
در برخی مدل‌ها، لگ زدن یا تأخیر در شروع حرکت ( به‌ویژه در گیربکس‌های خشک قدیمی‌تر )

انواع گیربکس DCT

خشک ( Dry Clutch ): ساده‌تر، سبک‌تر و ارزان‌تر؛ ولی حساس به حرارت و مناسب خودروهای سبک‌تر.
تر ( Wet Clutch ): مقاوم‌تر در برابر گرما، مناسب خودروهای قدرتمند یا اسپرت؛ ولی سنگین‌تر و گران‌تر.

چه خودروهایی از DCT استفاده می‌کنند؟

• فولکس‌واگن، آئودی، پورشه ( با نام DSG یا PDK )
• هیوندای، کیا ( DCT در مدل‌های جدید )
• ایران‌خودرو و سایپا در برخی خودروهای مونتاژی یا اتومات جدید
• خودروهای اسپرت مانند بی‌ام‌و M، مرسدس AMG

گیربکس AMT ( گیربکس دستی با کنترل اتومات )

جعبه دنده AMT یا Automated Manual Transmission، که به فارسی گاهی « گیربکس دستی با کنترل خودکار » یا « دستی-اتومات » نامیده می‌شود، در واقع همان گیربکس دستی معمولی است، اما عمل کلاچ‌گیری و تعویض دنده توسط یک واحد الکترونیکی و الکترومکانیکی انجام می‌شود، نه راننده.

نحوه عملکرد AMT

در این نوع جعبه دنده از همان دنده‌های دستی و کلاچ سنتی استفاده می‌شوند. اما یک واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) به همراه موتور الکتریکی یا سیستم هیدرولیکی، وظیفه فشار دادن کلاچ و تعویض دنده را برعهده می‌گیرد.
راننده فقط پدال گاز و ترمز دارد و می‌تواند حالت « اتومات » یا « نیمه‌دستی » ( مثلاً با فشار دادن دسته دنده به بالا یا پایین ) را انتخاب کند.

مزایا:
ارزان‌تر از گیربکس اتومات سنتی یا DCT
ساختار ساده‌تر و استفاده از گیربکس دستی پایه
مصرف سوخت پایین‌تر از اتومات معمولی
هزینه تعمیر کمتر نسبت به سایر گیربکس‌های اتومات

معایب:
تاخیر محسوس در تعویض دنده‌ها ( لگ یا مکث )
احساس تکان و ضربه هنگام تعویض دنده در برخی مدل‌ها
در ترافیک یا حرکت‌های آرام، رفتار ناخوشایند یا خشن
نیاز به تنظیمات دقیق نرم‌افزاری و کالیبراسیون

در چه خودروهایی استفاده می‌شود؟

AMT معمولاً در خودروهای اقتصادی یا نیمه‌اتومات به کار می‌رود:

• پژو ۲۰۷ اتومات جدید ایران‌خودرو
• ساینا AMT S، کوییک R اتومات سایپا
• برخی مدل‌های ماروتی، رنو، فیات در هند و اروپا
• برخی خودروهای تجاری سبک

جمع‌بندی ویژگی AMT:

• نوع پایه گیربکس دستی
• کلاچ خودکار ( موتوری یا الکترونیکی )
• دنده خودکار یا دستی ( دستی‌شده Tiptronic )
• هزینه ساخت و نگهداری پایین
• مناسب برای خودروهای اقتصادی، شهری

جعبه دنده eCVT ( الکترونیکی برای خودروهای هیبرید )

گیربکس eCVT ( Electronic Continuously Variable Transmission ) یا گیربکس متغیر پیوسته الکترونیکی، نوعی گیربکس مخصوص خودروهای هیبریدی است که به جای دنده‌های ثابت، از یک سیستم الکترونیکی و مکانیکی برای تغییر نسبت انتقال نیرو استفاده می‌کند.

ویژگی‌ها و عملکرد گیربکس eCVT

نسبت انتقال پیوسته: برخلاف گیربکس‌های معمولی که دنده‌های مشخص و ثابتی دارند، گیربکس eCVT نسبت انتقال را به صورت پیوسته و بدون گسست تغییر می‌دهد. یعنی تغییر دنده به شکل نرم و بدون ضربه است.
کارکرد با سیستم هیبریدی: گیربکس eCVT معمولاً در خودروهای هیبریدی استفاده می‌شود که ترکیبی از موتور بنزینی و موتور الکتریکی دارند. این گیربکس می‌تواند بین موتورهای مختلف و چرخ‌ها به صورت هوشمند، نیرو را تقسیم کند.

اجزای اصلی:

• یک موتور بنزینی
• یک یا چند موتور الکتریکی
• یک واحد کنترل الکترونیکی که نسبت انتقال را به صورت بهینه تنظیم می‌کند
• معمولاً از یک سیستم دنده سیاره‌ای ( planetary gearset ) برای تقسیم نیرو استفاده می‌کند.

مزایا:
راندمان بالا در مصرف سوخت
شتاب‌گیری نرم و بهینه
کاهش لرزش و ضربه هنگام تغییر سرعت
هماهنگی بهتر با موتور الکتریکی و بنزینی برای عملکرد بهینه

مثال کاربرد

در خودروهای هیبریدی تویوتا ( مانند پریوس ) از این نوع گیربکس برای ترکیب توان موتور بنزینی و موتور الکتریکی استفاده می‌شود.
در نتیجه گیربکس eCVT نوعی گیربکس متغیر پیوسته است که توسط کنترل الکترونیکی نسبت دنده را بدون توقف و بهینه تغییر می‌دهد و به طور خاص برای خودروهای هیبریدی طراحی شده تا بهترین هماهنگی بین موتور بنزینی و موتور الکتریکی را فراهم کند.

نتیجه‌گیری

گیربکس اتوماتیک با راحتی در رانندگی، تعویض نرم دنده و هوشمند بودن، مناسب سفرهای شهری و بین‌شهری است. اما نوع آن باید بر اساس نوع رانندگی، شرایط اقلیمی و بودجه انتخاب شود. گیربکس‌های CVT و دوکلاچه پیشرفته‌ترین‌ها هستند، اما گیربکس‌های کلاسیک همچنان قابل اعتماد و قوی باقی مانده‌اند.